钻井技术以降低盈亏 平衡点为发展方向 （上）
时间：2018-09-28 14:11
来源：
作者: 李智鹏 许京国
从成本效益型的旋转导向（RSS） 到 宽 带 泥浆脉冲、再到低振动的扩眼器，服务公司都在试图设计满足行业需求的各类工具。全球钻井技术也正朝着降低盈亏平衡点的方向发展。
宽带泥浆脉冲技术
钻 井 作 业 期 间， 将 井 下 工 具采集的实时数据上传至地面的工业标准是泥浆脉冲遥测技术，随着越来越多的传感器加入到随钻测井（LWD） 系 统 中， 大 量 的 井 下 数据 需 要 用 泥 浆 脉 冲 上 传 至 地 面。哈里伯顿 Sperry 钻井公司的 TimParker 说：“ 我 们 所 做 的 是 推 出一款新 的 脉 冲 系 统，JetPulse 系统，它具有更高的数据传送率，是我们之前所用的工具带宽的两倍或三倍。我们现在能使用数据密集度更高的测量工具，如方位岩性密度（ALD）工具、方位声波工具或其它产生大量数据的方位成像工具。有了更快的泥浆脉冲系统意味着石油公司不必为获得高质量数据而放慢钻井速度”。
他解释说：“随着数据传送率的提高，即使在机械钻速很快、短时间钻完一个井段的情况下，石油公司仍能在地面获得良好的随钻测井数据；另一方面是，有了更高的数据传送率，利用一个特定机械钻速，你可以获得一组更详细的测井记录，钻进期间每英尺可以获得更多的数据点”。Parker 继续说：“设计的 JetPulse 脉冲系统可用于任何泥浆体系，我们发现的一件事是适用于遥测技术的一般原理——即井打的越深，你看到的信号就越微弱或越衰减，重泥浆比轻泥浆脉冲信号衰减的更厉害，就井深而言，我们发现这种新的脉冲系统上传信号的实际表现非常连续一致”。
随着井深的增加，数据上传的损失率很小，Parker 补充说：“在墨西哥湾打的几口最深的井我们可以 用 这 种 新 脉 冲 系 统 上 传 数 据，那儿最深的井一般都在 30,000ft（9,144m）左右”。新系统还能保持高速数据传送，这类似于其它脉冲系统在很浅的深度获得的数据上传速度。图 1 给出了方位岩性密度（ALD）工具的简单描述，该工具能提供井下密度测量，包括高质量的井眼图像测井，通过地质导向帮助优化井眼轨迹和储层定位，以减少地质特征的不确定性。通过随钻测井（LWD）进行实时数据测量也节省了电测的昂贵花费，在井眼处于最佳状况时钻进后可以立刻采集数据。新系统每次下井作业时，开始工作前先发一个预定的序列脉冲，地面系统接收到脉冲、分析并决定如何最好地处理井下工具上传的后续数据。Parker 说：“这就像一种自动调谐，考虑钻柱、井深变化等因素”。之前采用的是人工系统，必须由人在地面进行监测和调整才能完成类似的分析与处理。
JetPulse 脉冲 系 统 正 在 被 用于更高端的市场，如深水钻井市场和更成熟的钻探市场，在这些市场中， 许 多 工 具 都 在 使 用。 通 常，客户获得的数据越多，他们就越高兴，他们感叹道，既然有了更高的数据上传率，就没必要采用以放慢钻井速度为代价来获取井下数据的低效方法。在墨西哥湾，新系统能在大多数钻井速度下提供良好的随钻测井数据。 Parker 强调说： “我们有一些案例，在我们下入带有多个传感器的 JetPulse 系统进行钻井作业时，你可以绘制一个实时的测井曲线，在其傍边绘制一个存储的测井曲线，你会很难区分这两个曲线。
新型铣刀扩眼器减小振动如果说扩眼器有局限性的话，那就是铣刀的结构设计，或者说适用于整个井底钻具组合（BHA）的铣刀布局。扩眼作业可能会因严重振动或摆动而让人讨厌，这就是斯伦贝谢想要解决的问题之一，采用该公司先进稳定的 StingBlock 锥形铣刀，同时配有一种先进的切削结构， 提高了扩眼器整体的耐用性，使其能长时间扩眼且钻的更快。见图 2，StingBlock 是 该 行 业 首 个具有一定几何学特征的铣刀，扩眼器具有多排渐进的扩眼外径设计和Stinger 锥形金刚石复合片特征。StingBlock 铣 刀 实 际 上 是 斯伦贝谢 Rhino 一体化的井下工具，扩眼器使用 StingBlock 铣刀有几个关键性特征，它能使井底钻具组合（BHA）钻进时更稳定，这种铣刀的布局提高了扩眼器整体的耐用性。斯伦贝谢 StingBlock 产品负责人 Wiley Long 解释说：“扩眼器拥有该公司分阶段的专利文件，这种设计有助于更好的分配铣刀的载荷，使整个切削结构和金刚石复合片扩眼作业期间更加稳定” 。 他说：“当你看到这种铣刀布局时，你可以把它想象为一种多扩眼外径铣刀布局的扩眼工具，扩眼作业期间，增大的铣刀齿距面积有助于摆脱振动或摆动，平稳钻进。我们的经验表明，扩眼器铣刀结构出现的多数损坏大都是因冲击或震动造成的。对于切削结构来说，我们已从我们的钻头手册中拿掉了一页，加进了Stinger 锥形金刚石布齿。Stinger锥形铣刀设计比传统的金刚石复合片铣刀设计具有更好的抗冲击和抗震特性”。
他解释说：“传统的随钻扩眼钻具组合由于钻进与扩眼同时进行，钻头与扩眼器两种切削结构之间距离较远，扩眼器距钻头的距离一般约为 150ft（45m），由于距离的原因，很多时候两种工具会在不同类型的岩石中钻进，这会使钻柱产生诸多振动或摆动”。是什么帮助我们减小了振动，那就是扩眼器外径由小到大渐进的铣刀排列，这使得切削结构更加稳定，这种切削结构能为铣刀提供更大的接触面积和更高的稳定性。
传统扩眼器的铣刀金刚石复合片的排数是对称的，他又说：“对称听上去很不错，但在有可移动部件的情况下可能容易受到不同程度谐波振动的影响，采用 StingBlock铣刀，我们正在创建一种以金刚石复合片和Stinger锥形设计相结合、宽度分布更宽泛的铣刀结构”。
斯 伦 贝 谢 发 明 了 一 种 不 同 的系 统， 将 两 个 Rhino 新 型 铣 刀 扩眼器一并接入同一个井底钻具组合中，这就是所谓的 Rhino RHE 口袋根除系统（rathole eliminationsystem）。“对于这种系统，你可以将上部的 Rhino 扩眼器安置在随钻测井（LWD）工具之上的常规位置， 将 下 部 的 第 二 个 Rhino 扩 眼器安置在紧随旋转导向（RSS）工具之上的位置，这个位置距钻头约20~25ft（6~7.5m）”。 上 部 扩眼器可以用来对大部分井段进行扩眼钻进，一旦钻头钻至总井深，上部扩眼器将被停用，距钻头最近的下部扩眼器会被激活。他补充说：“这样我们就能扩 120ft（36.5m）长的口袋，无需再起下一趟钻扩这段 口 袋 井 眼”。 在 使 用 随 钻 测 量MWD 和随钻测井 LWD 工具时，有多个传感器测量振动或摆动，在实验室测试和现场应用中，我们发现 StingBlock 铣刀具有减小振动的能力。
“我们曾在墨西哥湾和巴西近海使用过几次 StingBlock 铣刀扩眼器，我们第一次在墨西哥湾使用了 11625 系 列 的 StingBlock 铣刀， 那 一 次 是 扩 一 个 导 向 井 眼，从 12 1 / 4 ″井眼扩至 14 1 / 2 ″，扩眼器背靠背下入后，客户立刻看到进尺加快了许多，与邻井扩眼相比进尺 增 加 了 97%， 机 械 钻 速 提 高 了32%。”（未完待续）
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